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摘要：以贵州省瓮安河特大桥主桥设计为工程背景，介绍了针对高矮墩大跨连续刚构桥的桥墩设计方法。分析表明，通过合理选择桥墩截面形式可以实现高矮墩等刚度设计，而且桥墩承载力、稳定性、裂缝宽度及抗震性能均满足规范要求。
关键词：高矮墩；连续刚构；等刚度
引言
与一般梁桥相比，预应力混凝土连续刚构桥刚度大，结构整体性好，抗震性能优，跨越能力强，而相对于斜拉桥、悬索桥，预应力混凝土连续刚构桥的投资较低，故特别适合西部山区的复杂地形，已成为跨越深山、峡谷的首选桥型之一。由于连续刚构桥为超静定结构，收缩徐变、温度变化、制动力等水平荷载产生的次内力最终将传递到桥墩上，并且各桥墩所承受的次内力大小取决于桥墩之间的相对刚度。因此，桥墩一般采用等刚度设计原则进行控制。但如受地形限制，主墩高度差异过大，应合理选择桥墩的型式及尺寸，使之达到等刚度设计的目的。
1项目概况
瓮安河特大桥起点位于贵州省瓮安县江界河镇，终点位于天文镇，跨越乌江水系支流清水河。全桥共558.12m，桥宽为2×11.75m，其中主桥为（100+190+100）m的双幅连续刚构桥。该桥位于V形深切山谷，西侧桥墩位于西侧山坡上，其坡度较缓，而东侧桥墩则毗邻陡崖峭壁。其中，左幅桥墩墩高分别为129.988m和26.838m，东西侧桥墩高差达103.15m，右幅桥墩墩高分别为126.379m和32.454m，东西侧桥墩高差达93.925m。桥墩墩高悬殊，为设计带来了极大难度。
图1瓮安河特大桥桥型布置图
2主墩设计与计算
2.1主墩等刚度设计
由于东西两侧桥墩高差分别为103.15m及93.925m，如果采用相同的桥墩截面是不可能实现等刚度设计的。为了使两侧桥墩具有接近的抗推刚度，高矮桥墩分别采用薄壁空心墩和双薄壁矩形墩两种截面形式。因为5号桥墩较高，应设计成变截面桥墩，所以先根据承载力要求拟定高墩的截面尺寸，再通过调整矮墩的截面尺寸实现等刚度设计。经过计算，拟定桥墩尺寸如下：5号主墩为空心薄壁墩，横向顶宽6.6m，墩顶至墩底设80：1坡度，墩顶壁厚1m，墩底壁厚1.2m；纵桥向高度12m，壁厚1m；6号主墩为双薄壁矩形墩，横桥向宽度均为8.2m，纵桥向左幅壁厚1.8m，壁中心距10.2m，右幅壁厚2.0m，壁中心距10.2m。
表1桥墩截面尺寸及抗推刚度
从表1可知，右幅桥墩的抗推刚度差异较小，基本做到等刚度设计，而为了满足左幅6号墩的承载力要求，其截面不宜过小，所以左幅桥墩刚度仍有差距。
2.2桥墩承载力、裂缝宽度及稳定性验算
2.2.1承载能力验算
桥墩承载力按轴心及偏心受压构件计算，采用MIDASCIVIL软件进行分析，得出各桥墩最不利工况下的荷载、承载力及安全系数。经计算，各桥墩承载力安全系数最小值为2.3，满足规范要求。
2.2.2裂缝宽度验算
在最不利荷载组合作用下，各墩墩底截面裂缝宽度如表2所示。
表2墩底裂缝宽度
由表3可知，主墩在最大双悬臂状态下稳定性最差，特征值为20.49696＞5，满足规范要求。
2.3桥墩抗震性能验算
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008），本桥抗震设防类别为A类，并进行E1、E2地震作用下的地震验算。
A类桥梁抗震设防目标为：当桥梁受到E1地震作用时，桥梁不受损坏或不需修复即可继续使用；当桥梁受到E2地震作用时，桥梁可以发生局部轻微损伤，不需修复或者经过简单修复即可继续使用。
本文先利用反应谱法对有限元模型加载地震作用，提取E1和E2地震工况下的墩底截面的最不利内力，然后再利用Xtract软件对截面进行抗震分析。
2.2.1反应谱分析
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008），本桥场地类别为2类。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本桥桥位所在地瓮安县的动峰值加速度为0.05g，该地震动峰值加速度多对应的抗震设防烈度为6度。本桥反应谱分析的各项参数如表4所示：
表4反应谱相关参数取值
2.2.2Xtract截面分析
将反应谱分析中提取的最不利轴力输入Xtract软件进行截面计算，可以得到墩身钢筋首次屈服时的弯矩My及等效屈服弯矩Meq，分别与E1和E2地震作用下的墩身最大弯矩进行比较，计算抗震能力需求比，如图2和图3所示。
图25号墩墩底截面纵桥向及横桥向截面分析结果
图36号墩墩底截面纵桥向及横桥向截面分析结果
表5墩底截面地震作用下的抗震能力需求比
由表5可知，在E2地震作用下，高墩的横桥向抗震能力最小，能力需求比为8.3，矮墩的纵桥向抗震能力最小，能力需求比为2.5。各墩墩身均未进入塑性状态，满足抗震要求，但是矮墩的能需比相对高墩较小。
3结语
瓮安河特大桥为典型的高矮墩连续刚构桥，其设计难点主要在于墩高差异悬殊，难以满足等刚度设计的要求。本桥通过合理选取不同的桥墩截面形式，并根据其刚度及承载力对截面尺寸进行调整，基本达到了等刚度设计的目的，也满足了规范对墩身承载力、裂缝宽度、稳定性及抗震性能的要求。此外，矮墩的裂缝宽度、抗扭性能及抗震性能等方面比高墩更加不利。因此，矮墩的设计是此类刚构桥的设计重点，应该予以充分的分析和重视。
参考文献:
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